序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的農(nóng)村生活污水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

以順義區(qū)農(nóng)村污水處理工程(東部片區(qū))管網(wǎng)收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例,闡述了污水主管線系統(tǒng)收集模式0引言農(nóng)村生活污水治理是進(jìn)一步提升北京市污水處理能力和水資源循環(huán)利用水平,緩解水資源短缺,有效保障首都水環(huán)境安全的重要內(nèi)容,而污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)作為農(nóng)村生活污水治理的重要組成部分,其設(shè)計(jì)情況是關(guān)乎污水治理效果的重中之重。本文結(jié)合順義區(qū)農(nóng)村污水治理工程(東部片區(qū)),主要從污水主管線和接戶支管線兩個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析、探討,為其他農(nóng)村污水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1工程概況

順義區(qū)農(nóng)村污水處理工程(東部片區(qū))包括北務(wù)鎮(zhèn)、龍灣屯鎮(zhèn)、張鎮(zhèn)、大孫各莊鎮(zhèn)、楊鎮(zhèn)等5個(gè)鎮(zhèn)97個(gè)行政村生活污水收集、處理系統(tǒng)的建設(shè)。主要建設(shè)內(nèi)容為:①新建村內(nèi)主管線602km,用于輸送村內(nèi)各農(nóng)戶及村內(nèi)集體設(shè)施的生活污水至污水處理場(chǎng)站內(nèi);②每戶新建化糞池用于處理各農(nóng)戶廁所污水;新建接戶支管596km,用于收集農(nóng)戶的廚房、廁所、化糞池、洗衣間、浴室等污水,并輸送至就近主管線系統(tǒng)的檢查井內(nèi);③新建處理規(guī)模30~250m3/d的污水處理場(chǎng)站55座,對(duì)收集后的生活污水進(jìn)行處理后,達(dá)標(biāo)排放至就近水體。本項(xiàng)目采用PPP模式,總投資約15.6億元,于2018年開工建設(shè)。

2村莊排水現(xiàn)狀

順義區(qū)東部97個(gè)村均無完善的污水收集及處理設(shè)施。根據(jù)村莊調(diào)研結(jié)果(如圖1所示,均有雨水管溝指村內(nèi)80%及以上街道均有雨水管溝。),79.34%村莊布設(shè)有雨水管溝,其中49.48%的村莊為村內(nèi)主要街道有雨水管溝,胡同內(nèi)并無雨水收集設(shè)施,僅有29.90%的村莊村內(nèi)布設(shè)了基本完善的雨水收集設(shè)施。同時(shí),村莊布設(shè)的雨水管溝實(shí)際為合流制溝渠,以收集雨水為主,同時(shí)也收集戶內(nèi)灰水,并排至村內(nèi)的坑塘或河道內(nèi)。廁所黑水收集處理主要采用化糞池,約80%農(nóng)戶為統(tǒng)一改造的三格式混凝土圓筒化糞池(無混凝土底板),15%農(nóng)戶為自建磚砌化糞池,5%農(nóng)戶無化糞池,仍為旱廁。農(nóng)戶生活污水處理與排放方式多采用以下四種型式:①村內(nèi)有雨水管或雨水溝槽的,多將院內(nèi)未處理的灰水直接接入雨水管溝內(nèi);②距雨水管溝較遠(yuǎn)的農(nóng)戶,多采用院內(nèi)挖滲井,通過下滲作用消納灰水;③部分洗衣水、洗菜水通過自家雨水溝(管)直接流入戶外大街或洼地內(nèi);④村民每戶設(shè)有統(tǒng)一改造的三格式化糞池,廁所水直接接入化糞池,采用化糞池下滲消納廁所污水,每年抽取一次化糞池糞便。村內(nèi)目前的排水情況,①村莊生活污水直接污染周圍環(huán)境,造成坑塘、河道污染;②雨水溝長期存污水造成蚊蠅滋生、臭味彌漫,嚴(yán)重影響村民正常生活;③村民部分灰水直接流至村內(nèi)道路上,影響人居環(huán)境,且冬天道路上污水結(jié)冰,產(chǎn)生安全隱患。同時(shí),采用化糞池下滲的方式處理廁所污水,會(huì)嚴(yán)重影響地下水的衛(wèi)生與安全。因此,農(nóng)村污水治理需完善主管線收集系統(tǒng)及接戶管線系統(tǒng),全方面收集各農(nóng)戶的污水,才可從根本上解決農(nóng)村污水橫流及環(huán)境污染等問題。

3污水主管線系統(tǒng)

污水收集系統(tǒng)按“完全雨污分流制”排水體制設(shè)計(jì),主要為收集村內(nèi)各戶污水(包括廁所黑水及廚房、洗浴、洗衣等灰水),雨水仍通過原有雨水管溝或地表徑流等形式排放。污水主管線系統(tǒng)包括污水主管線、檢查井及提升泵站等,用于將各戶收集到的污水輸送至污水處理站或市政管線內(nèi)。

3.1污水收集處理模式選擇

農(nóng)村地區(qū)人口居住密度低,住宅較為分散,導(dǎo)致污水排放面廣而分散,單面面積污水量較小,因此不宜采用傳統(tǒng)的城市污水收集及處理模式,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平、自然條件及環(huán)境目標(biāo)等因素,綜合分析選擇污水收集處理模式[1-2]。根據(jù)農(nóng)村的特點(diǎn),當(dāng)前主要有3種污水收集處理模式,分別為集中布置模式、分散布置模式、管網(wǎng)截污模式。其中管網(wǎng)截污模式及集中布置模式較適合在本工程中應(yīng)用,而分散布置模式即單戶或聯(lián)戶凈化處理方式,因北京地區(qū)農(nóng)村居住較密集,村內(nèi)較難有合適的位置放置處理設(shè)備;且處理后的尾水仍需大量管線輸送至排水地點(diǎn),因此不適宜在北京地區(qū)應(yīng)用。同時(shí),參考北京地區(qū)其他農(nóng)村污水處理工程的經(jīng)驗(yàn)[1-3],本工程采用3種污水治理模式:分別為管網(wǎng)截污模式(“鎮(zhèn)帶村”)、聯(lián)村集中處理模式及單村集中處理模式。管網(wǎng)截污模式是指距離鎮(zhèn)規(guī)劃污水管線較近的村莊,可考慮鋪設(shè)污水管線收集全村污水后,接入到附近的市政管網(wǎng)內(nèi)。卜全民[4]村莊距離市政管網(wǎng)距離不超過5km時(shí),污水接入市政管網(wǎng)投資省、施工周期短;于法穩(wěn)等[5]調(diào)研發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)延伸的半徑5km范圍內(nèi)的村莊污水,依靠重力匯入管網(wǎng)進(jìn)行集中處理經(jīng)濟(jì)性較優(yōu);胡明等[6]通過對(duì)農(nóng)村污水治理模式的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)后,建議戶間臨界距離選用190m,村間臨界距離選用4.5km。然而污水收集模式不因僅考慮經(jīng)濟(jì)性問題,同時(shí)應(yīng)符合各鎮(zhèn)污水管線規(guī)劃情況及鎮(zhèn)污水處理廠處理水量情況,并應(yīng)考慮地形高差及管線布設(shè)線路障礙等問題。因此,本工程將鎮(zhèn)污水處理廠收水范圍內(nèi)的村莊及鎮(zhèn)規(guī)劃污水管線1.4km以內(nèi)的村莊優(yōu)先考慮利用重力收集污水匯入鎮(zhèn)污水管網(wǎng),共17個(gè)村采用該模式收集處理污水。集中布置模式是平原地區(qū)的農(nóng)村污水治理的主要模式,它是將污水通過收集管網(wǎng)輸送至污水處理站進(jìn)行集中處理。按新建污水處理站收集處理的村莊個(gè)數(shù),可分為聯(lián)村集中處理和單村集中處理。為降低工程總體投資,減少后期污水處理場(chǎng)站運(yùn)維工作量的角度,各村莊優(yōu)先考慮采用聯(lián)村集中處理方式,本工程優(yōu)先考慮將1.4km以內(nèi)的村莊利用重力收集污水聯(lián)村建站,考慮將2.4km以內(nèi)的村莊利用泵站及壓力管線收集污水聯(lián)村建站,同時(shí)避免管線穿越鐵路、市級(jí)公路、高速公路及重要河道等位置,共49個(gè)村聯(lián)村建站集中處理,其余31個(gè)村單村集中處理。

3.2污水管網(wǎng)管材

目前,農(nóng)村污水工程中較常用的管材有承插式鋼筋混凝土管、高密度聚乙烯(HDPE)雙壁波紋管、硬聚氯乙烯(PVC-U)實(shí)壁管、聚乙烯(PE)平壁管、玻璃鋼夾砂管等,各管材特點(diǎn)及指標(biāo)特征如表2所示。以“保證項(xiàng)目整體污水收集率,控制建設(shè)投入,減少后期運(yùn)營維護(hù),降低施工難度”為原則,通過對(duì)上述五種管材綜合對(duì)比,并結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn),確定本工程:主管線系統(tǒng)管材主要埋設(shè)與村內(nèi)各街道以下,選擇DN200及以上HDPE雙壁波紋管,環(huán)剛度≥8kN/m2;接戶支管線管材選擇DN110PVC-U實(shí)壁管,環(huán)剛度≥4kN/m2;承插式鋼筋混凝土管因剛度較大,在穿越主要道路、橋涵和河流處仍采用該管材;玻璃鋼夾砂管及PE平壁管因價(jià)格較高,本次設(shè)計(jì)暫不選用。

3.3污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)管徑

污水管網(wǎng)管徑選擇依據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì),村民最高日污水定額取80L/P,污水總變化系數(shù)取2.3,管道最大設(shè)計(jì)充滿度依照規(guī)范[7]執(zhí)行。同時(shí),參考其他項(xiàng)目管徑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)(見表3)。因此,本工程設(shè)計(jì)1~25戶采用DN200管徑,26~350戶采用DN300管徑,大于351戶采用DN400管徑。管道坡度依照規(guī)范選擇,DN200管徑最小坡度選擇0.004,DN300管徑最小坡度選擇0.002,DN400管徑最小坡度選擇0.0012。

3.4污水主管線布置

農(nóng)村污水管網(wǎng)布置應(yīng)根據(jù)村內(nèi)地形特征、場(chǎng)站位置、道路情況、水系分布、街道寬度及附近建筑物情況等多方面因素,綜合分析布設(shè)。管線布置應(yīng)盡量布設(shè)于村內(nèi)公共位置(如道路、綠化地、林地等),減少村民矛盾;同時(shí)管線布置應(yīng)盡量避免或減少穿越河道、縣級(jí)以上公路等重要節(jié)點(diǎn)。本工程根據(jù)前期調(diào)查,大部分村民現(xiàn)狀化糞池位于房屋西南側(cè)位置,且約90%村民建議化糞池原位改造,因此,管網(wǎng)布置應(yīng)盡量經(jīng)過村民住宅西南側(cè),便于后期化糞池接入。管網(wǎng)設(shè)計(jì)高程與工程造價(jià)、施工難度直接相關(guān),同時(shí)影響后期運(yùn)營管道的清理,因此應(yīng)重點(diǎn)控制管網(wǎng)設(shè)計(jì)深度。根據(jù)順義區(qū)凍土層厚度(0.8m)及各村現(xiàn)狀自來水管線情況(埋深0.8~1m),同時(shí)考慮為村民接戶管接入預(yù)留條件,管道起點(diǎn)段管頂覆土不小于1m。管網(wǎng)主管線距離較長時(shí),會(huì)因管道坡度導(dǎo)致管網(wǎng)末端埋深較深,可采用增加管徑的方式,降低管道坡度,從而減少管網(wǎng)末端埋深。本工程管網(wǎng)布置采用“以重力流為主和壓力流相結(jié)合的輸送方式”,設(shè)計(jì)盡量以較短的管線和較小的管道埋深實(shí)現(xiàn)污水收集,采用重力流,合理設(shè)置加壓泵井。本工程設(shè)計(jì)在以下條件時(shí),可在合適位置增加提升泵站:①管網(wǎng)埋設(shè)深度≥4m采用頂管施工,在頂管施工因街道狹窄(寬度<5m)無法施工或頂管深度超過5m施工困難時(shí);②局部區(qū)域較低,正常接入會(huì)增加全線管道埋深;③部分管段布設(shè)于濕流沙地段,且大段管道埋深大于2.5m時(shí)。

4接戶支管線系統(tǒng)

接戶支管線系統(tǒng)主要為收集各農(nóng)戶生活污水,主要包括接戶管、化糞池等內(nèi)容的施工及安裝。農(nóng)村各戶接戶支管布置方式受建筑位置、地形情況、村民要求等問題的影響,本工程對(duì)接戶支管線的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)如下:(1)廚房、洗浴、洗衣等污水應(yīng)直接接入主管網(wǎng)內(nèi),廁所污水需先接入化糞池后再接入主管網(wǎng)內(nèi)。(2)房屋雨水及雨污合流水不能接入管網(wǎng)內(nèi)。(3)接戶支管線因管徑較小且直接接入村民廁所污水,為防止后期堵塞等問題,需接戶支管線保證最小坡度為0.008,且盡量減少彎頭的使用。(4)各接戶管線及化糞池同樣應(yīng)埋設(shè)于凍土層以下,保證0.8m及以上的埋深,針對(duì)部分無法保證埋深的情況,應(yīng)采取保溫措施。4.1接戶支管線施工邊界確定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,部分農(nóng)村居民化糞池位于院內(nèi)(如圖2所示),若想在原位改造化糞池且接入至污水主管網(wǎng)內(nèi),需入戶施工。通過分析對(duì)比接戶管入戶施工與不入戶施工優(yōu)缺點(diǎn)(如表4所示),入戶施工阻力較大,實(shí)施較為困難,確定本工程以各戶建筑圍墻為界,不進(jìn)行戶內(nèi)施工及改造,戶內(nèi)部分由村民自行施工并將污水管線接出圍墻外。4.2化糞池設(shè)計(jì)為避免污水管網(wǎng)發(fā)生堵塞并有效減低污水處理站進(jìn)水負(fù)荷,每戶均需設(shè)置化糞池?；S池采用一戶一座方式設(shè)置,該方式可減少鄰里矛盾,方便工程實(shí)施[8]?；S池容積選擇參考化糞池選型的相關(guān)規(guī)定,設(shè)計(jì)化糞池使用人口5人,污水在化糞池停留時(shí)間12h,并取清掏周期為1年,計(jì)算出化糞池容積應(yīng)為0.51m3。化糞池選擇較大時(shí),理論上可使清掏周期變長,降低清掏運(yùn)營成本,但實(shí)際上會(huì)使糞便在化糞池中過分發(fā)酵,使后端污水處理設(shè)施進(jìn)水可生化性降低,因此,本工程選取1m3容積的化糞池。

5結(jié)論

(1)順義農(nóng)村污水治理工程(東部片區(qū))包含5個(gè)鎮(zhèn)97個(gè)村污水治理,應(yīng)完善主管線收集系統(tǒng)及接戶管線系統(tǒng),全方面收集各農(nóng)戶的污水。(2)本工程采用3種污水治理模式,其中17個(gè)村采用管網(wǎng)截污模式,49個(gè)村采用聯(lián)村集中處理模式,31個(gè)村采用單村集中處理模式。(3)本工程污水主管線系統(tǒng),采用DN200~DN400HDPE雙壁波紋管,接戶支管線采用DN110PVC-U實(shí)壁管,在穿越道路、河道處采用承插口鋼筋混凝土管;主管線布置以重力流為主,可在合理情況下增設(shè)提升泵站。(4)本工程接戶支管系統(tǒng),為后期運(yùn)維角度考慮,選取1m3容積的化糞池;為施工實(shí)施角度考慮,以各戶建筑圍墻為界,不進(jìn)行戶內(nèi)施工及改造。、管道參數(shù)及布置方式等內(nèi)容,同時(shí)開展了對(duì)接戶支管線系統(tǒng)的布置方案、施工邊界等問題的探討。

作者:楊敬亭 韓亞超 王剛 單位:北京水匯生態(tài)環(huán)境治理有限公司 北京首創(chuàng)生態(tài)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司 泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司